2.5 Электрические фильтры

Фильтры, применяемые для очистки от пыли приточного воздуха, устроены несколько иначе, чем электрические пылеуловители, используемые для очистки выбросов в атмосферу.

Электрический воздушный фильтр - двухзонный. Вначале поток воздуха, подвергающегося очистке, проходит зону 1, которая представляет собой решетку из металлических пластин с натянутыми между ними коронирующими электродами из проволоки. К электродам подведен постоянный ток напряжением 13-15 кВ положительного знака от выпрямителя 2. Получив электрический заряд при прохождении ионизационной зоны, пылевые частицы в потоке воздуха направляются в осадительную зону 3. Она представляет собой пакет металлических пластин, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 8 - 12 мм. К каждой второй пластине подведен ток напряжением 6,5 - 7,5 кВ положительного знака. Пыль осаждается на заземленных пластинах, к которым ток не подведен.

Вокруг коронирующего электрода происходит электрический разряд, сопровождающийся свечением («корона»). В результате электрических разрядов происходит выделение атомарного кислорода (одноатомные молекулы), образование озона O₃, а также оксидов азота. При напряжении, применяемом в воздушных фильтрах, и при наличии в нем двух зон озон и оксиды азота выделяются в небольших количествах и опасности для людей не представляют. В электрических пылеуловителях, применяемых для очистки выбросов, используют ток напряжением 80-100 Вт, кроме того, в этих аппаратах к коронирующим электродам подведен ток отрицательного знака, что по имеющимся данным сопровождается более интенсивным выделением вредных веществ (в 8 раз).

Сила электрического тока и потребляемая мощность в электрических фильтрах невелики и находятся в пределах соответственно 0,8 мА и 10 Вт на 1000 м³/ч очищаемого воздуха.

Фракционная эффективность электрического фильтра дана в табл. 5.

Таблица 5

Фракционная эффективность электрического фильтра

Размер частиц, мкм	Число частиц в воздухе	Эффективность улавливания,%
	перед фильтром	после фильтра
0,5	4000	405	89,9
0,6	2505	107	95,7
0,7	1000	46	95,4
0,8	500	27	94,6
0,9	180	12	93,5
1	140	7	95
1,5	45	3	93,3
2	28	1	96,6

Электрический фильтр ФЭ собирают из унифицированных ячеек. Основные технические показатели фильтра ФЭ приведены в табл. 6.

Таблица 6

Основные технические показатели фильтров типа ФЭ

Показатели	Ф1Э1	Ф3Э2	Ф5Э3	Ф8Э4	Ф10Э5	Ф14Э6	Ф18Э7
Номинальная пропускная способность, тыс. м3/ч	10	19	33	55	66	100	130
Площадь рабочего сечения (округлено), м2	1	3	5	8	10	14	13
Количество ячеек шириной, мм: 758 965	7 -	14 -	- 18	24 12	- 36	- 54	- 72
Потребляемый ток, мА	7	14	24	42	54	81	110
Потребляемая мощность, Вт	100	200	350	600	600	1100	1500
Масса, кг	205	367	583	963	1120	1640	2125
Габаритные размеры, мм: А Н	820 1840	1580 1840	2090 2344	2625 3098	3125 3098	3125 4598	4125 4598

Электрический фильтр может быть снабжен противоуносным фильтром, который представляет собой разъемную рамку с заполнением фильтрующим материалом ФСВУ или пенополиуретаном. На входе в фильтр установлена защитная проволочная сетка.

Уловленную пыль удаляют с помощью промывки водой. Расход воды 0,5 м³ на 1 м³ входного сечения фильтра, 0,08 м³ на 1000 м³ очищаемого воздуха, при давлении воды 300 кПа. Продолжительность промывки 3 - 5 мин. Промывка обычно производится раз в 1 - 2 мес., а при отсутствии противоуносного фильтра - 1 раз в неделю. Полная очистка ячеек фильтра производится 1 - 2 раз в год.

Рисунок 5 - Трубчатый электрофильтр:

1 осадительный электрод; 2 коронирующий электрод: 3 рама; 4 встряхивающее устройство; 5 изолятор.

2.6 Циклоны

Сепарация пылевых частиц в циклоне осуществляется на основе использования центробежной силы.

Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляционных и технологических выбросов во всех отраслях народного хозяйства. Можно утверждать, что циклоны являются наиболее распространенным видом пылеулавливающего оборудования. Их широкое распространение в значительной мере объясняется тем, что они имеют многие преимущества - простота устройства, надежность в эксплуатации при сравнительно небольших капитальных и эксплутационных затратах. Надежность циклонов обусловлена, в частности, тем, что в их конструкции нет сложного механического оборудования.

Капитальные и эксплутационные затраты на пылеулавливающие установки, оборудованные циклонами, значительно меньше соответствующих расходов для установок с рукавными фильтрами, а тем более электрофильтрами. Циклоны делятся на циклоны большой производительности и циклоны высокой эффективности. Первые имеют обычно большой диаметр и обеспечивают очистку значительных количеств воздуха. Вторые - сравнительно небольшого диаметра (до 500 - 600 мм). Очень часто применяют групповую установку этих циклонов, соединенных параллельно по воздуху.

Циклоны, как правило, используют для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Принято считать, что они обладают сравнительно небольшой фракционной эффективностью в области фракций пыли размером до 5 - 10 мкм, что является основным их недостатком. Однако циклоны, особенно циклоны высокой эффективности, улавливают не такую уж малую часть пыли размером до 10 мкм - до 80 и более процентов.

В современных высокоэффективных циклонах, в конструкции которых учтены особенности улавливаемой пыли, удалось существенно повысить общую и фракционную эффективность очистки. Отмеченный выше недостаток обусловлен особенностями работы циклонов, в частности, турбулизацией потока запыленного воздуха, которая препятствует сепарации пыли.

Разработано и применяется в технике обеспыливания большое число различных типов циклонов, которые отличаются друг от друга формой, соотношением размеров элементов и т. д.

Корпус циклона состоит из цилиндрической и конической частей.

По форме циклоны разделяются на цилиндрические (H_ц > H_к) и конические (H_к > H_ц), H_ц и H_к соответственно высота цилиндрической и конической части циклона. Коническая часть аппарата выполняется в виде прямого конуса, обратного конуса или может состоять из двух конусов - прямого и обратного. Строение конической части определяет особенности движения пылевоздушного потока в этой части циклона и оказывает существенное влияние на процесс сепарации, а также коагуляцию некоторых видов пыли в аппарате, на устойчивость его работы при улавливании данных видов пыли.

Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок, очищенный - удаляется через выхлопную трубу. В зависимости от способа подведения воздуха к циклону различают циклоны с тангенциальным и спиральным подводом воздуха. При прочных равных условиях циклоны со спиральным подводом обладают более высокой эффективностью очистки. Поток запыленного воздуха входит в корпус циклона обычно со скоростью 12 - 14 м/с.

Применяют циклоны правые (вращение потока запыленного воздуха по часовой стрелке, если смотреть сверху) и левые (вращение против часовой стрелки).

Ниже рассматриваются теоретические основы циклонного процесса и наиболее распространенные и характерные виды циклонных аппаратов.

Запыленный воздух, войдя в корпус, движется по спирали вниз вдоль стенок корпуса. Крупные пылевые частицы (более 100 мкм) под действием центробежных сил движутся у стенок корпуса, а мелкие частицы (менее 10 мкм) - на некотором расстоянии от стенок. Достигнув уровня прорезей в стенках корпуса, крупные пылевые частицы с частью воздуха удаляются из корпуса через отверстия в пылесборник. Здесь происходит сепарация частиц, и они через патрубок удаляются.

Мелкие пылевые частицы продолжают движение в составе воздушного потока в корпусе циклона, а затем в пылесборнике. Мелкие частицы совместно с крупными покидают аппарат через пылевыпускной патрубок. Воздушный поток через выхлопную трубу выходит из аппарата.

Сферический циклон был испытан в производственных условиях на пыли древесной, цементной, известковой, угольной, песка, щебня, золы и шлака, горелой формовочной смеси. Эффективность очистки находилась в пределах 98 - 99 % (для частиц 10 - 50 мкм).

Повышение эффективности очистки, особенно в области мелких фракций, достигается благодаря более равномерной подаче, распределению и закручиванию пылевоздушного потока (наличие нескольких входных патрубков). Сферическая форма корпуса и пылесборника способствует интенсификации процесса коагуляции частиц.

Таблица 7

Техническая характеристика основных типов циклонов

Тип циклона	Отношение коэффициента гидравлического сопротивления к скорости потока	Скорость газового потока, м/с	Степень очистки (медианный размер частиц 8 мкм) при гидравлическом сопротивлении 100 Па и расходе воздуха 1800 м3/ч, %
	в сечении корпуса	во входном отверстии	в сечении корпуса	во входном отверстии
ЦН-11	250	6,1	2,9	16,2	73,1
ЦН-15	160	7,6	3,1	13,5	71,7
ЦН-24	80	10,9	4,4	12,0	63,7
ЦН-15У	170	8,2	3,2	14,6	65,2
СК-ЦН-34	1200	25	1,1	8,0	75
СДК-ЦН-33	600	20,3	1,6	9,8	74
ЛИОТ	460	4,2	5,1	21,5	67,7
ВЦНИИОТ	-	9,3	13,5	-	71,9
СИОТ	-	6,0	3,9	17,0	71,7

Рис. 3. Циклон типа ЦН-15П:

1 - коническая часть циклона; 2 - цилиндрическая часть циклона; 3 - винтообразная крышка; 4 - камера очищенного газа; 5 - патрубок входа запыленного газа; 6 - выхлопная труба; 7 -бункер; 8 - люк; 9 - опорный пояс; 10 - пылевыпускное отверстие.

2.7 Волокнистые фильтры

В волокнистых фильтрах фильтрующий слой образован относительно равномерно распределенными тонкими волокнами фильтрующих материалов. Эти фильтры предназначены для улавливания частиц мелкодисперсной и особо мелкодисперсной пыли при ее концентрации в очищаемом воздухе (газе) в пределах 0,5 - 5 мг/м³.

Волокнистые фильтры могут быть подразделены на тонковолокнистые, глубокие и грубоволокнистые фильтры.

Тонковолокнистые фильтры служат для улавливания высокодисперсной пыли и других аэрозольных частиц размером 0,05 - 0,1 мкм с эффективностью не менее 99 %. В качестве фильтровального материала используется ФП (фильтр Петрянова).

Для тонкой и условно грубой очистки применяют фильтры ПФТС, снаряженные стекловолокном. Производительность фильтров 200 - 1500 м³/ч, сопротивление 200 - 1000 Па. Фильтры применяют в тех случаях, когда температура очищаемой среды выше 60С и в ней находятся вещества, разрушающие материалы ФП.

Основного недостатка тонковолокнистых фильтров (короткий срок службы фильтрующего слоя из-за неприменимости регенерации) лишены глубокие фильтры. Они рассчитаны на срок службы 10 - 20 лет. Это достигается благодаря наличию нескольких фильтрующих слоев общей высотой 0,3 - 2,0 м. Диаметр волокон 8 - 19 мкм. Первый слой фильтра на пути движения очищаемой среды состоит из грубых волокон, последний слой - из тонких. Фильтр применяется в системах стерилизации воздуха в производстве антибиотиков, витаминов и других био- и медицинских препаратов. Фильтр периодически стерилизуют острым паром, затем просушивают сухим воздухом.

Грубоволокнистые фильтры. Эти фильтры называют также предфильтрами, так как их устанавливают перед тонковолокнистыми фильтрами для предварительной очистки воздуха (газов). Благодаря этому снижается стоимость очистки, поскольку стоимость грубоволокнистых фильтров почти в 10 раз ниже тонковолокнистых, их легче заменять или регенерировать. Фильтровальный материал предфильтра состоит из смеси волокон диаметром от 1 до 20 мкм.

Фильтры-туманоуловители. Многие технологические процессы сопровождаются образованием туманов. Так, например образование тумана происходит при испарении масел, производстве и концентрировании различных кислот, производстве хлора и др. Жидкие частицы в тумане имеют размер менее 10 мкм.

Для улавливания частиц тумана в настоящее время применяют волокнистые фильтры-туманоуловители различных конструкций, для которых характерен непрерывный вывод уловленной жидкости.

Применяют в основном два типа фильтров-туманоуловителей: низкоскоростные и высокоскоростные.

Низкоскоростные фильтры снаряжены смесью в определенной пропорции грубых и тонких волокон. В элементе низкоскоростного фильтра соосно расположены две проволочные сетки, пространственно между которыми заполнено волокнами. Трубка в нижней части корпуса аппарата оборудована гидрозатвором, через который уловленная жидкость поступает в корпус аппарата.

Высокоскоростные туманоуловители. Увеличение скорости фильтрации приводит к уменьшению размеров волокнистых фильтров. Высокоскоростные фильтры выпускает фирма «Монсанто». Фильтр состоит из плоских элементов. Они установлены в каркасе, под которым расположен поддон, куда стекает уловленная жидкость. Фильтрующим слоем являются иглопробивные материалы-войлоки. По химической стойкости наиболее универсален полипропиленовый войлок. Толщина слоя - 3 - 12 мм, диаметр волокон 20 - 75 мм. Сопротивление фильтра 500 Па, эффективность улавливания частиц более 3 мм около 100 %.

Рисунок 3 Фильтры тонкой очистки:

а рамный: 1 П-образная планка; 2 боковая стенка; 3 фильтрующий материал; 4 разделитель;

б с сепараторами клиновой формы типа Д-КЛ; 1 фильтрующий материал; 2 рамка-сепаратор клиновой формы;

в комбинированный: 1 секция с набивным слоем из волокон;

2 секция тонкой очистки.

2.8 Тканевые фильтры

Тканевые фильтры по форме фильтрующей поверхности могут быть рукавными и рамочными. Наибольшее распространение в промышленности получили рукавные фильтры. Рукавный фильтр состоит из ряда тканевых рукавов, подвешенных в металлической камере. Верхняя часть рукавов обычно заглушена

Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и проходит через ткань рукавов. На поверхности ткани и в ее порах осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра, поэтому осевшую на ткани пыль периодически удаляют. Процесс фильтрации газа зависит от типа ткани и вида пыли. Гладкие и неворсистые ткани сравнительно легко пропускают запыленный газ. В порах таких тканей задерживаются только крупные частицы пыли. Фильтр начинает хорошо задерживать мелкую пыль только после накопления на поверхности фильтрующих элементов слоя пыли. Для ворсистых, шерстяных тканей с мелкими порами влияние начального слоя пыли менее заметно Ворсистые ткани целесообразно применять при улавливании зернистой гладкой пыли, а при улавливании волокнистой пыли -- лучше гладкие ткани.

Фильтрация тонкой пыли (частицы менее 1--2 мкм) возможна лишь на поверхности ранее осажденной пыли.

Ткани, используемые в качестве фильтровальных материалов, должны отличаться высокой пылеемкостью, воздухопроницаемостью, механической прочностью, стойкостью к истиранию, стабильностью свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, а также минимальным влагопоглощением и способностью к легкому удалению накопленной пыли. Не все применяемые в промышленности материалы удовлетворяют перечисленным требованиям, поэтому каждый материал используют в определенных, наиболее благоприятных для него условиях.

Тканевые фильтры различаются между собой по следующим признакам:

форме тканевых фильтрующих элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.);

месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие и нагнетательные);

способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с вибровстряхиванием, с импульсной продувкой и др.);

форме корпуса для размещения фильтрующих элементов (прямоугольные, цилиндрические, открытые);

числу секций в установке (одно- и многосекционные);

виду используемой ткани (шерсть, бязь, стеклоткань и т. д.).

Отечественной промышленностью серийно выпускаются рукавные фильтры типа ФВ, МФУ, РФГ, ФВК, ФРМ, ФВВ, МФВ, МФС, ПФР, ФР.

Рукавные фильтры типа ФВ предназначены для средней и тонкой очистки газов от волокнистой пыли. Рукава выполняют из суровой бязи. Фильтры МФУ применяют для тонкой очистки газов и воздуха от сухой и слипающейся пыли с размером частиц до 1 мкм (цемент, мука, зола).

Таблица 8

Техническая характеристика рукавных фильтров

Тип фильтра	Фильтрующая поверхность, м2	Число секций	Число рукавов в секции	Диаметр рукава, мм	Длина рукава, мм	Масса фильтра, кг
ФВК-30	15	2	18	135	2060	1053
ФВК-60	45	4	18	135	2060	1682
ФВК-90	75	6	18	135	2060	2300
ФРМ-1-6	105	6	10	-	-	5776
ФРМ1-8	147	8	10	-	-	7137
ФРМ1-10	189	10	10	-	-	8633
ФВВ-45	30	3	18	135	2090	1735
ФВВ-90	75	6	18	135	2090	2935
МФВ-204	350	12	17	220	3000	-
МФС-45	30	3	16	172	1850	4778

Рисунок 2 - Рукавный фильтр:

1 корпус;

2 встряхивающее устройство;

3 рукав;

4 распределительная решетка.

2.9 Зернистые фильтры

Фильтрующий слой в этих фильтрах образован зернами сферической или другой форме. Могут использоваться при высоких температурах - до 500 - 800С, в условиях воздействия агрессивной среды. Зернистые фильтры распространены значительно меньше, чем тканевые фильтры. Различают насыпныезернистые фильтры, в которых элементы фильтрующего слоя не связаны жестко друг с другом, и жесткие зернистые фильтры, в которых эти элементы прочно связаны между собой путем спекания, прессования, склеивания и образуют прочную неподвижную систему.

Зернистые жесткие фильтры керамические, металлокерамические и др. обладают значительной устойчивостью к высокой температуре, коррозии, механическим нагрузкам. Их недостаток - высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление, трудность регенерации.

В насадке насыпных фильтров используют песок, гравий, шлак, дробленые горные породы, кокс, крошку резины, пластмасс, графита и др. материалы в зависимости от требуемой устойчивости и к воздействию температуры, химических веществ и др.

Зернистый фильтр может быть единственной ступенью в установке или первой ступенью перед более эффективным фильтром, например с материалами ФП.

Регенерация осуществляется путем рыхления слоя вручную или механически, промывки водой, замены слоя.

Пример такого фильтра - зернистый гравийный фильтр для улавливания пылей с наличием абразивных частиц и агрессивных газов от дробилок, грохотов, сушилок, мельниц, транспортирующих устройств предприятий по производству цемента, извести, гипса, фосфорных удобрений и др. Удельная нагрузка на фильтр - 17 - 50 м³/(м²ч), сопротивление фильтра - в пределах 0,5 - 1,5 кПа. Эффективность очистки - до 99,8 %.

Рисунок 4 Фильтр с движущимися слоями зернистого материала: 1 короб для подачи свежего зернистого материала: 2 питатели; 3 фильтрующие слои; 4 затворы; 5 короб для вывода зернистого материала.

очистка воздух фильтр устройство